基于相似理论的涡旋压缩机径向迷宫密封泄漏量研究.pdf

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1、第42卷第5期化工机械643基于相似理论的涡旋压缩机径向迷宫密封泄漏量研究8刘兴旺”112张官正。李超。张天龙3(1．兰州理工大学石油化工学院；2．兰州理工大学温州泵阀r程研究院；3．中航工业兰州万里航空机电有限责任公司)摘要为准确分析和预测涡旋压缩机径向迷宫密封的泄漏规律，采用相似理论中的n定理来研究径向迷宫密封泄漏量的影响因素，建立了径向迷宫密封泄漏量相似准数方程：根据实物建立了涡旋压缩机径向迷宫密封模型，结合模型试验分析了原型中泄漏量的变化规律：结果表明：量纲分析法可以预测原型中泄漏量的变化趋势；在相邻压缩腔压差不变时，泄漏量随间隙比和泄漏线

2、长度比的增大而增大，随齿数比的增大而减小，且泄漏量一齿数比曲线斜率较稳定。关键词涡旋压缩机迷宫密封泄漏量相似理论中图分类号TQ051．21文献标识码A文章编号0254—6094(2015)05—0643-05由于涡旋压缩机具有效率高、噪音低、振动小、运行平稳及零部件少等优点，目前已被广泛应用于各行各业。而迷宫式涡旋压缩机具有被压缩气体不受润滑油污染及动静涡旋盘间摩擦损耗小等优点，必将成为涡旋压缩机的新研究方向““。近年来，各国学者就涡旋压缩机的径向泄漏问题做了全方位的研究。刘兴旺等利用宏观能量法，推导了径向和切向迷宫密封的泄漏量计算方程，并结合试验

3、研究验证了泄漏量算法的正确性，证明了迷宫式涡旋齿密封性能的优越性∞。l。李超等对涡旋压缩机径向迷宫密封的迷宫槽进行了优化设计，得到了不同压差、不同间隙下的最佳槽型¨j。MicioM等将泄漏气体的流动当作理想气体等熵流动处理，采用连续性方程和能量方程建立求解泄漏量的数学模型，获得了泄漏气体速度和流线分布图’”。AsokSP等采用Fluent软件模拟了几种不同槽型的迷宫槽中泄漏流体的速度场，发现迷宫槽的几何形状对迷宫密封的节能降压效果影响很大。1”。上述研究对象均为结构尺寸较大的迷宫密封，研究方法主要是采用CFD软件对泄漏量进行预测，但计算泄漏量时考虑

4、的影响因素不够全面，而且涡旋压缩机迷宫密封的结构尺寸很小(缝口间隙尺寸的数量级为10。2mm)。为准确预测涡旋压缩机径向迷宫密封的泄漏量并进行优化设计，笔者采用相似理论并综合考虑影响涡旋压缩机径向迷宫密封泄漏量的各种因素，将涡旋压缩机径向迷宫密封尺寸放大，利用充罐法测量泄漏量，得到径向迷宫密封间隙、泄漏线长度和齿数对其泄漏量的影响规律，为涡旋压缩机径向迷宫密封的泄漏量预测和优化设计提供一个有效途径。1径向迷宫密封的结构和尺寸参数涡旋齿齿顶迷宫槽如图l所示。沿涡旋齿的壁厚方向距离涡旋齿侧壁面为e的涡旋齿齿顶表面上不开设迷宫槽，其余表面上均开设矩形迷宫

5、槽，迷宫槽长度为n，宽度为b，相邻迷宫槽沿型线长度方向的间距为d，沿壁厚方向的间距为△r，涡旋齿壁厚为t。在沿涡旋齿壁厚方向的任意截面上即形成了具有迷宫槽的迷宫密封(图2)，其中C。为轴向间隙。$国家自然科学基金资助项目(51265026)，浙江省自然科学基金资助项目(Y1080079)。。}刘兴旺，男，1970年11月生，副教授。甘肃省兰州市，730050。化工机械2015正图1涡旋齿齿顶迷宫槽图2迷宫式动静涡旋齿啮合示意图涡旋齿基圆半径r=3．50mm，压缩腔数N=3，渐开线起始展角a=0．843rad，涡旋齿壁厚t=5．90ram，曲柄转角p

6、=0。，温度T=293K，压缩介质为理想气体。迷宫槽长度口=4．00mm，迷宫槽宽度b=0．50mm，迷宫槽深度h=0．45mm。相邻迷宫槽沿涡旋齿壁厚方向的间距△r=0．80mm，沿涡旋型线方向的间距d=0．45mm。2径向迷宫密封的相似理论分析涡旋压缩机的径向迷宫密封问题比较复杂，通常无法利用现有的模型来描述。为此，通过模型试验结合量纲分析法来揭示其物理规律，即依据相似理论，确定原型和模型的相似程度，在保证模型和原型相似准数相等的条件下，由模型试验数据换算出径向迷宫密封的泄漏量，反映其内在规律。2．1径向迷宫密封的量纲分析由于影响泄漏气体在迷宫

7、槽中流动状态的因素非常复杂，如果全面考虑各种因素来建立迷宫密封泄漏量的数理方程相当困难。而采用量纲分析法建立量纲齐次方程，可使问题简化，量纲分析法分为两方面¨卜”j：a．主要物理参数的选取。选取气体常数尺，气体温度r，轴向间隙c。通流截面沿涡旋线方向的长度f，迷宫槽数z，迷宫齿前后的压差却，迷宫结构前后气体平均密度P，气体的动力粘度弘，泄漏气体的平均流速c。b．量纲分析。设()为因变量，其余参数为自变量，函数关系式为Q=f(P，f，c，T，R，Ap，p，C。，z，o，b，h)，按仃定理，选P、f、c、T、R为基本量纲，Ⅳ等于变量数n与基本量纲数m之

8、差，即，N=凡一m=13—5=8。列出物理量量纲见表l。袁1物理量量纲0O0列四元一次方程组得／7的相关式为：仃，=p笔c